CN107686907B - 一种消除锌铜钛合金中粗大金属间化合物的合金熔炼方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及变形锌合金的铸造方法，特指一种消除锌铜钛合金中粗大金属间化合物的合金熔炼方法。本发明的主要技术特征是：将800℃的Zn‑(16‑30)Cu‑(1.8‑3.0)Ti中间合金液直接加入到纯锌液中，省去了将中间合金浇注冷却得到铸锭的工序，由于中间合金液体直接被纯锌液稀释，锌合金液体中铜含量和钛含量较低，避免了粗大CuZn4和TiZn15金属间化合物的形成。
Description
技术领域
本发明涉及变形锌合金的铸造方法，特指一种消除锌铜钛合金中粗大金属间化合物的合金熔炼方法，属于有色合金(C22C合金)制备技术。
背景技术
锌及锌合金熔炼温度低，变形抗力小，可作为变形锌合金(deformation zincalloy)用来生产各种形状锌材的锌合金。目前，具有优良力学性能的锌铝钛(Zn-Al-Ti)和锌铜钛(Zn-Cu-Ti)变形锌合金已在机械、电子、仪器仪表、五金和装饰等制造领域获得广泛应用。目前，部分汽车熔断器采用Zn-(0.6～1.0)Cu-(0.08～0.12)Ti变形锌合金板带制造，该合金的熔炼工艺对其熔断性能具有很大的影响，如果熔炼工艺不当，将造成熔断器的熔断性能下降，如出现熔断不干脆和严重打弧现象，影响汽车的行驶安全性能。众所周知，锌铜钛变形锌合金中的铜与锌形成CuZn4金属间化合物，而钛与锌形成TiZn15金属间化合物，以弥散形式存在的化合物能提高该合金的强度和硬度。但是，如果合金中出现粗大的金属间化合物，将极大地恶化锌铜钛合金熔断器的熔断性能。
在锌铜钛合金的熔炼过程中，如果将高熔点的紫铜和海绵钛直接加入锌液中，由于铜和钛的熔点较高，由于较高的熔炼温度导致钛元素的烧损率增加。因此，在工业生产中，通常是先制备熔点明显低于纯铜和纯钛、且铜和钛含量较高的锌铜钛中间合金铸锭，然后将此锌铜钛中间合金铸锭加入到预先熔化好的纯锌液中，目的是降低锌铜钛合金的熔炼温度，减少钛元素的烧损率。但是，当向锌液中加入锌铜钛中间合金铸锭时，高熔点的粗大CuZn4和TiZn15化合物很难彻底溶解到锌液中，以致于在Zn-(0.6～1.0)Cu-(0.08～0.12)Ti锌铜钛合金中出现较多的粗大CuZn4和TiZn15化合物，从而恶化锌铜钛熔断器的熔断性能(因为熔断不干脆而产生打弧现象)。因此，必须寻找一种减少或消除Zn-(0.6～1.0)Cu-(0.08～0.12)Ti锌铜钛合金中粗大CuZn4和TiZn15化合物、改善锌铜钛合金熔断器熔断性能的合金熔炼方法，以提高锌铜钛合金熔断器的熔断性能。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种锌铜钛合金熔炼方法，有效减少或消除锌铜钛合金中粗大的CuZn4和TiZn15化合物、改善锌铜钛合金熔断器熔断性能。
本发明实施其目的的技术方案是：
一种消除锌铜钛合金中粗大金属间化合物的合金熔炼方法，其技术特征在于采用双液混合法熔炼Zn-(0.6～1.0)Cu-(0.08～0.12)Ti锌铜钛合金，具体步骤如下：
1、以纯锌、紫铜和海绵钛为原料，采用中频感应熔炼炉熔炼Zn-(16-30)Cu-(1.8-3.0)Ti中间合金液。首先将纯锌熔化至460℃，然后按照铜含量16～30wt.％的比例加入纯铜，按照钛含量为1.8～3.0wt.％的比例加入纯钛，合金熔炼温度控制在800℃。
2、采用燃气炉熔炼纯锌液，熔炼温度控制在460℃。
3、中频感应熔炼炉置于燃气炉熔炼上方，将800℃的Zn-(16-30)Cu-(1.8-3.0)Ti中间合金液从上方缓慢浇注到燃气炉炉膛内的纯锌液中，采用石墨搅拌器对锌合金液进行搅拌，使锌铜钛中间合金液与锌液进行得以充分混合，均匀锌合金液的温度和化学成分。
4、将Zn-(0.6～1.0)Cu-(0.08～0.12)Ti锌合金液在460～480℃保温60分钟，然后打开出液口进行铸轧操作，得到宽度为200毫米、厚度为12毫米、化学成分为0.6～1.0wt.％Cu、0.08～0.12wt.％Ti的锌铜钛合金铸轧板。
本发明的主要技术特征是：将800℃的Zn-(16-30)Cu-(1.8-3.0)Ti中间合金液直接加入到纯锌液中，省去了将中间合金浇注冷却得到铸锭的工序，由于中间合金液体直接被纯锌液稀释，锌合金液体中铜含量和钛含量较低，避免了粗大CuZn4和TiZn15金属间化合物的形成。
本发明解决的关键问题：解决了在铸轧板中出现粗大CuZn4和TiZn15金属间化合物的问题，最终避免了锌铜钛合金熔断器因为熔断不干脆而导致的打弧现象发生。
作用机理：如果在锌铜钛合金中存在较多高熔点的粗大CuZn4和TiZn15金属间化合物，当电路出现过载时、熔断器中的锌合金片就不能被快速熔断，从而导致打弧现象的发生。因此，要解决熔断器打弧现象的发生，就必须尽量减少或消除锌铜钛合金中粗大CuZn4和TiZn15金属间化合物，而本发明采用双液混合法熔炼Zn-(0.6～1.0)Cu-(0.08～0.12)Ti锌铜钛锌铜钛合金，完全消除了粗大CuZn4和TiZn15金属间化合物，从而避免了锌铜钛合金熔断器因为熔断不干脆而导致的打弧现象发生。
附图说明
图1为原生产工艺得到的锌铜钛合金显微组织。
图2为实例1得到的锌铜钛合金显微组织。
图3为实例2得到的锌铜钛合金显微组织。
图4为实例3得到的锌铜钛合金显微组织。
具体实施方式
为便于说明本专利，实施例熔炼的是Zn-(0.6～1.0)Cu-(0.08～0.12)Ti合金成分范围内的任一种合金。
原生产工艺为：以三号锌(锌含量不小于99.90％)、二号紫铜(铜含量不小于99.90％)和MHT-110海绵钛(钛含量不小于99.90％)为原料，采用100公斤的中频感应熔炼炉熔炼80公斤锌铜钛中间合金，铜含量为18wt.％，钛含量为2.0wt.％，合金熔炼温度控制在800℃，将合金液浇注到预热至100℃的铸铁型中，得到高度为100毫米左右、直径为50毫米的棒材。采用容量为2000公斤的燃气炉熔炼1550公斤锌液，熔炼温度控制在460℃；将80公斤的中间合金棒材加入到锌液中，锌合金液温度控制在460～480℃，使中间合金充分溶解到锌液中，保温60分钟后采用氯化铵进行除气除渣操作，然后打开出液口进行铸轧操作，得到宽度为200毫米、厚度为12毫米、铜含量为0.88％、钛含量为0.10％的锌铜钛铸轧板。锌铜钛合金的显微组织如图1所示，在合金组织中可见有较多的粗大第二相存在。采用该合金带材生产的汽车熔断器不符合质量要求，有70％的熔断器发生打弧现象。
本专利的实施例子
实施例1
一种消除锌铜钛合金中粗大金属间化合物的合金熔炼方法，以三号锌(锌含量不小于99.90％)、二号紫铜(铜含量不小于99.90％)和MHT-110海绵钛(钛含量不小于99.90％)为原料，采用100公斤中频感应熔炼炉熔炼80公斤锌铜钛中间合金，铜含量为18wt.％、钛含量为2.0wt.％，合金熔炼温度控制在800℃；采用2000公斤的燃气炉熔炼锌液1550公斤，熔炼温度控制在460℃；将80公斤锌铜钛中间合金液从燃气炉上方缓慢浇注到燃气炉的炉膛内，采用石墨搅拌器对锌合金液进行搅拌，使中间合金液与锌液进行得以充分混合，将锌合金液温度控制在460～480℃，保温60分钟后打开出液口进行铸轧操作，得到宽度为200毫米、厚度为12毫米、铜含量为0.88％、钛含量为0.10％的锌铜钛铸轧板。得到的锌铜钛合金显微组织如图2所示，合金组织中的第二相基本得以消除。采用该合金带材生产的汽车熔断器完全符合质量要求，没有打弧现象的发生。
实施例2
一种消除锌铜钛合金中粗大金属间化合物的合金熔炼方法，以三号锌(锌含量不小于99.90％)、二号紫铜(铜含量不小于99.90％)和MHT-110海绵钛(钛含量不小于99.90％)为原料，采用100公斤中频感应熔炼炉熔炼70公斤锌铜钛中间合金，铜含量为21wt.％、钛含量为2.4wt.％，合金熔炼温度控制在800℃；采用2000公斤的燃气炉熔炼锌液1650公斤，熔炼温度控制在460℃；将70公斤锌铜钛中间合金液从燃气炉上方缓慢浇注到燃气炉的炉膛内，采用石墨搅拌器对锌合金液进行搅拌，使中间合金液与锌液进行得以充分混合，将锌合金液温度控制在460～480℃，保温60分钟后打开出液口进行铸轧操作，得到宽度为200毫米、厚度为12毫米、铜含量为0.85％、钛含量为0.10％的锌铜钛铸轧板。
得到的锌铜钛合金显微组织如图3所示，合金组织中的第二相基本得以消除。采用该合金带材生产的汽车熔断器完全符合质量要求，没有打弧现象的发生。
实施例3
一种消除锌铜钛合金中粗大金属间化合物的合金熔炼方法，以三号锌(锌含量不小于99.90％)、二号紫铜(铜含量不小于99.90％)和MHT-110海绵钛(钛含量不小于99.90％)为原料，采用100公斤中频感应熔炼炉熔炼60公斤锌铜钛中间合金，铜含量为25wt.％、钛含量为2.6wt.％，合金熔炼温度控制在800℃；采用2000公斤的燃气炉熔炼锌液1850公斤，熔炼温度控制在460℃；将60公斤锌铜钛中间合金液从燃气炉上方缓慢浇注到燃气炉的炉膛内，采用石墨搅拌器对锌合金液进行搅拌，使中间合金液与锌液进行得以充分混合，将锌合金液温度控制在460～480℃，保温60分钟后打开出液口进行铸轧操作，得到宽度为200毫米、厚度为12毫米、铜含量为0.79％、钛含量为0.08％的锌铜钛铸轧板。
得到的锌铜钛合金显微组织如图4所示，合金组织中的第二相基本得以消除。采用该合金带材生产的汽车熔断器完全符合质量要求，没有打弧现象的发生。
上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，适当的改进也视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种消除锌铜钛合金中粗大金属间化合物的合金熔炼方法，其特征在于，将Zn-(16-30)Cu-(1.8-3.0)Ti中间合金液直接加入到纯锌液中，省去了将中间合金浇注冷却得到铸锭的工序，由于中间合金液体直接被纯锌液稀释，锌合金液体中铜含量和钛含量较低，避免了粗大CuZn4和TiZn15金属间化合物的形成，具体步骤如下：
(1)以纯锌、紫铜和海绵钛为原料，采用中频感应熔炼炉熔炼Zn-(16-30)Cu-(1.8-3.0)Ti中间合金液；
(2)采用燃气炉熔炼纯锌液；
(3)中频感应熔炼炉置于燃气炉熔炼上方，将Zn-(16-30)Cu-(1.8-3.0)Ti中间合金液从上方缓慢浇注到燃气炉炉膛内的纯锌液中，采用石墨搅拌器对锌合金液进行搅拌，使锌铜钛中间合金液与锌液进行得以充分混合，均匀锌合金液的温度和化学成分，得到Zn-(0.6～1.0)Cu-(0.08～0.12)Ti锌合金液；
(4)将Zn-(0.6～1.0)Cu-(0.08～0.12)Ti锌合金液保温后打开出液口进行铸轧操作，得到锌铜钛合金铸轧板。
2.如权利要求1所述的一种消除锌铜钛合金中粗大金属间化合物的合金熔炼方法，其特征在于，步骤(1)中，熔炼Zn-(16-30)Cu-(1.8-3.0)Ti中间合金液的步骤为：首先将纯锌熔化至460℃，然后按照铜含量16～30wt.％的比例加入纯铜，按照钛含量为1.8～3.0wt.％的比例加入纯钛，合金熔炼温度控制在800℃。
3.如权利要求1所述的一种消除锌铜钛合金中粗大金属间化合物的合金熔炼方法，其特征在于，步骤(2)中，熔炼温度控制在460℃。
4.如权利要求1所述的一种消除锌铜钛合金中粗大金属间化合物的合金熔炼方法，其特征在于，步骤(4)中，保温指在460～480℃保温60分钟。
5.如权利要求1所述的一种消除锌铜钛合金中粗大金属间化合物的合金熔炼方法，其特征在于，步骤(4)中，锌铜钛合金铸轧板的宽度为200毫米、厚度为12毫米。
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